Шиляев.Типовые приверы расчета систем.Оторления вентиляции и кондиционирования

Тепловой поток через стенки воздуховода при установившемся состоянии соответствует степени охлаждения потока нагретого воздуха, перемещающегося по воздуховоду. Поэтому можно написать уравнение теплового баланса, выражая ql в кДж/ч:

где Gот – количество воздуха для отопления помещения, кг/ч; tнач и tг – температура нагретого воздуха соответственно в начале воздуховода и выпускаемого в помещение, °С; с – удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг °С).

Уравнение теплового баланса (1.56) дает возможность установить начальную температуру воздуха в воздуховоде по заданной конечной или, наоборот, уточнить температуру воздуха, выпускаемого в помещение, и, при необходимости, расход воздуха.

Температура нагретого воздуха в начале воздуховода на основании формулы (1.50) равна:

где η – доля от Qохл, поступающая в отапливаемое помещение (Qохл в первом приближении можно определять по формулам (1.56) и (1.57), подставляя известную температуру tг вместо температуры tcp).

Уточненный расход горячего воздуха в воздуховоде, кг/ч, с учетом формулы (1.47) составит:

Пример 1.11. Определение количества воздуха для рециркуляционнойсистемывоздушногоотопления

Исходные данные

1.Температура подаваемого воздуха tг= 45 °С.

2.Расчетная температура внутреннего воздуха – tв= 21 °С.

3.Теплопотери помещения – 8100 кДж/ч.

71

Порядок расчета

1. Массовое количество подаваемого воздуха при tг= 45 °С составляет по формуле (1.47):

Пример 1.12. Определение количества воздуха для частично рециркуляционной отопительновентиляционной системы отопления

Исходные данные

1.Условия примера 1.11.

2.Объемное количество наружного воздуха для вентиля-

ции помещения – Lвент=110 м3/ч.

3. Температура наружного воздуха tн = –25 °С.

Порядок расчета

1. Расход тепла в частично рециркуляционной отопитель- но-вентиляционной системе по формуле (1.52) равен:

Q с Gот tг tв Lвент в tв tн =

=1,005[335,8(45 – 21) + 110 · 1,201 (21 + 25)] =14136 кДж/ч.

72

2. Объем рециркуляционного воздуха составляет:

Lп – Lвент= 279,6 – 110 = 169,6 м3/ч,

так что дополнительный, сверх теплопотерь помещения, расход тепла равен Q =14136 – 8100 = 6036 кДж/ч.

Прямоточная отопительно-вентиляционная система неприменима, т. к. температура горячего воздуха в этом случае превысит допустимую, даже при подаче воздуха в верхнюю зону. В самом деле, по формуле (1.50):

Пример 1.13. Определение начальной температуры воздуха в воздуховоде

Исходные данные

1.Сопротивление теплопередаче металлического воздухо-

вода – R1= 0,27 (м °С) /Вт.

2.Длина воздуховода, проложенного вне отапливаемого

помещения – l = 15 м.

3.Теплопотери помещения – Qп= 10 кВт.

4.Расчетная температура внутреннего воздуха – tв= 18 °С.

5.Температура воздуха для отопленияпомещения – tг= 55 °С.

Порядок расчета

1. Массовое количество воздуха для отопления помещения определяем по формуле (1.47):

10 3,6 103

Gот 1,005 55 18 968,1кг/ч.

2. Ориентировочная величина теплового потока через стенки воздуховода длиной 1 м по формуле (1.55) при tсp= tг составит:

73

3. Предварительную температуру воздуха в начале воздуховода находим по формуле (1.57) при η = 0:

4. Уточненную величину теплового потока через стенки воздуховода определяем по формуле (1.54) при tср = 0,5 (62,6+55) = = 58,8 °С

58,8 18

Qохл 15 2267Вт. 0,27

5. Окончательная температура воздуха в начале воздуховода будет равна:

Таким образом, горячий воздух ввоздуховоде длиной 15 м при заданном сопротивлении теплопередаче его стенок охлаждается почти на 10 °С. Для уменьшения охлаждения теплоносителя воздуха, если теряемое тепло не используется для отопления, воздуховод вне отапливаемого помещения нужно покрывать тепловой изоляцией.

74

2.ВЕНТИЛЯЦИЯ

2.1.Аэродинамический расчет систем вентиляции

Аэродинамический расчет вентиляционной системы производят для подбора размеров поперечных сечений воздуховодов по рекомендуемым скоростям движения воздуха и определения потерь давления в системе.

Потери давления в системах вентиляции складываются из потерь давления на трение и потерь давления в местных сопротивлениях, Па [33]

Потери давления на трение, Па,

Ртр= Rln, (2.2)

где R – удельные потери давления на трение в гидравлически гладком канале, Па/м; l – длина участка воздуховода, м; n – поправочный коэффициент, который зависит от абсолютной эквивалентной шероховатости воздуховодов.

Удельные потери давления на трение, Па/м,

где г – коэффициент гидравлического сопротивления трению для гидравлически гладкого канала; dэ – эквивалентный (гидравлический) диаметр воздуховода, м; Рд – динамическое давление, Па.

Коэффициент гидравлического сопротивления трению для гидравлически гладкого канала, при турбулентном режиме те-

75

где – скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с; – кинематическая вязкость воздуха, м2/с.

Динамическое давление, Па,

где – сумма коэффициентов местных сопротивлений на

расчетном участке воздуховода, коэффициенты местных сопротивлений на границе двух участков относят к участку с меньшим расходом и определяют по таблицам местных сопротивлений по прил. 14; ρ – плотность воздуха, кг/м3.

При расчетах можно пользоваться справочными таблицами [33] или номограммами (прил. 11, 12), которые построены на основании формул (2.3) – (2.6) при различных скоростях для различных диаметров круглых металлических воздуховодов (при = 1,2 кг/м3,= 15,06 · 10-6 м2/с), принимаемыми гидравлически гладкими.

Если пользоваться указанными таблицами и номограммами для воздуховодов из других материалов, необходимо вводить поправочный коэффициент п, который зависит от материала воздуховода и скорости движения воздуха и определяется по прил. 13 или по формуле

где ш – коэффициент сопротивления трению с учетом шероховатости канала(воздуховода), рассчитывается по формуле Альтшуля:

где kэ – абсолютная эквивалентная шероховатость поверхности воздуховода (прил. 10).

76

Для воздуховодов прямоугольного сечения за расчетную величину d принимают эквивалентный диаметр dэ, мм, при котором потери давления в круглом воздуховоде при той же скорости будут равны потерям давления в прямоугольном воздуховоде

dэ = 2ab/(a + b), (2.10)

где а, b – стороны прямоугольного воздуховода или канала, мм. Аэродинамический расчет вентиляционной системы со-

стоит из двух этапов:

1)расчет участка основного направления магистрали (наиболее протяженной и нагруженной ветви воздуховодов);

2)увязка всех остальных участков системы.

При невозможности увязки потерь давления по ответвлениям воздуховодов в пределах 10–15 % следует устанавливать диафрагмы. Диафрагма (металлическая пластина с отверстием) – местное сопротивление, на котором гасится избыточное давление. Коэффициент местного сопротивления диафрагмы определяется по формуле

где Рд – динамическое давление на участке, на котором устанавливается диафрагма, Па; Ррасп – располагаемые потери давления на ответвлении, Па; Ротв – потери давления на увязываемом ответвлении, Па.

По значению и по размерам воздуховода, на котором устанавливается диафрагма, подбирают размер диафрагмы (прил. 14).

Аэродинамический расчет систем вентиляции выполняют после расчета воздухообмена в помещениях и принятия решения по трассировке воздуховодов и каналов и конкретизации местных сопротивлений вдоль них. Для проведения аэродинамического расчета на основе архитектурно-строительной и технологической частей проекта вычерчивают аксонометрическую схему системы вентиляции, по которой определяют протяженность отдельных ее ветвей и размещают элементы сети.

77

Схему разбивают на отдельные расчетные участки. Расчетный участок характеризуется постоянным расходом воздуха. Потери давления на участке зависят от скорости движения воздуха и складываются из потерь на трение и потерь в местных сопротивлениях.

Намечается основное расчетное направление, представляющее собой цепочку последовательно расположенных участков от начала системы до наиболее удаленного ответвления. При наличии нескольких цепочек, одинаковых по протяженности, за магистральное направление принимается наиболее нагруженное (имеющее больший расход).

Расчет выполняют по методу удельных потерь давления

вследующей последовательности:

1.По известному расчетному расходу вентиляционного

воздуха L определяют ориентировочное сечение канала (воздуховода), м2, по формуле

–для участка с жалюзийной решеткой – 2–5 м/с;

–для участка с вентилятором – 6–12 м/с;

–для магистральных воздуховодов производственных зданий – до 12 м/с;

–для ответвлений воздуховодов производственных зданий

–до 6 м/с.

2. Исходя из расчетной площади канала с учетом конструктивных соображений, принимаем стандартные размеры сечения каналов (воздуховодов) по прил. 6–9.

78

3. Уточняем фактическую скорость движения воздуха по каналам, м/с, по формуле

где Fст – стандартная площадь канала, м2 (прил. 6–9).

4.Определяем потери давления на преодоление сил трения по принятому сечению (диаметру) и заданному количеству воздуха по формуле (2.2).

5.Определяем гидравлические потери на местные сопротивления по участкам вентиляционной сети по формуле (2.7).

6.Определяем суммарные фактические гидравлические по-

тери на всех участках, входящих в расчетную ветвь Rln Z . 7. Производим увязку потерь давления по ответвлениям

воздуховодов в пределах 10–15 % (10 % – для естественной системы вентиляции, 15 % – для принудительной).

2.1.1. Аэродинамический расчет систем вентиляции с естественным побуждением движения воздуха

Цель расчета – подбор геометрических размеров вентиляционных каналов, обеспечивающих действительное гидравлическое сопротивление вентиляционной сети, не большее, чем располагаемое естественное давление.

За расчетное направление в вытяжных системах с естественным побуждением принимают такое, удельные потери давления на котором имеют минимальную величину.

Удельные потери давления, Па/м:

где Ргр – гравитационное давление, действующее в вытяжных каналах соответствующих этажей, Па; l – длина участка, м.

В системах с естественным побуждением требуется увязка действующих гравитационных давлений в каналах соответствующих этажей с потерями давлений на трение и местные со-

79

противления по пути движения воздуха от места входа его в сеть (вытяжные решетки) до выхода в атмосферу (устье вытяжной шахты), т. е.

где Rln Z – потери давления на трение и местные сопротивления на участках в расчетном направлении.

Гравитационное давление, Па, определяется по формуле

где h – высота воздушного столба, м, принимается:

а) при наличии в здании только вытяжки – от середины решетки до устья вытяжной шахты;

б) при наличии в здании механического притока – от середины высоты помещения до устья вытяжной шахты;

н – плотность наружного воздуха, кг/м3, для общественных зданий при tн = 5°C; в – плотность воздуха в помещении.

Порядок аэродинамического расчета систем естественной вентиляции:

1.На планах размещают жалюзийные решетки, вертикальные каналы, горизонтальные короба и вытяжные шахты; вычерчивают аксонометрические схемы систем вентиляции. Аксонометрическая схема воздуховодов естественной вентиляции должна быть построена так, чтобы со всех сторон вытяжной шахты было равное число вертикальных каналов и равные расходы воздуха. Количество вентиляционных систем определяется числом вытяжных шахт.

2.Расчет начинают от более неблагоприятно расположенной жалюзийной решетки. Обычно наиболее неблагоприятной является решетка, наиболее удаленная от вытяжной шахты. Путь движения воздуха от этой жалюзийной решетки по каналам до вытяжной шахты и сама вытяжная шахта будут являться одной расчетной веткой.

3.Для естественной вытяжной вентиляции определяется

располагаемое гравитационное давление для расчетной ветви Ргр по формуле (2.16).

80